KR20140139888A - 육불화황 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 육불화황(SF6)과 수소(H2)가 유입되도록 형성되는 챔버와, 상기 챔버에 전자빔을 조사하여 상기 육불화황과 상기 수소를 황(S)과 불화수소(HF)로 분해하도록 형성되는 전자빔 조사장치, 및 상기 챔버로부터 유출되는 상기 황과 상기 불화수소를 회수하도록 구성되는 회수부를 포함하는 육불화황 처리 시스템을 제공한다.

Description

육불화황 처리 시스템{SULPHUR HEXAFLUORIDE TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 전자빔을 이용하여 육불화황을 처리하도록 이루어지는 시스템에 관한 것이다.
삼불화질소(NF3), 육불화황(SF6) 등의 과불화 화합물은 반도체 공정을 포함한 다양한 산업활동을 통해 발생된다. 과불화 화합물은 지구온난화지수[GWP(Global Warming Potential)]가 높은 온실가스이다. 이러한 과불화 화합물을 처리하기 위하여, 산화식, 연소식, 전기히터식, 플라즈마식 등의 기술들이 제안되고 있다.
산화식이나 연소식은, 과불화 화합물을 처리하기 위해서 약 1,000℃ 이상의 온도를 필요로 하고, 공기 중의 산소와 결합하여 SOx, NOx 등 주요 대기오염물질을 발생시킨다. 또한, 전기히터식이나 플라즈마식의 경우 에너지가 과다하게 소비되며, 특히 플라즈마식의 경우 많은 양의 과불화 화합물을 처리하기 어려운 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 전자빔의 높은 에너지를 이용하여 과불화 화합물을 분해하고, 촉매를 이용하여 분해율을 높이는 기술이 제안되고 있다. 전자빔을 이용하여 육불화황을 처리하는 경우, 일반적인 분해 과정은 SF6 → S + 3F2로 나타난다. 이때, 처리 과정에서 의도하지 않은 부산물이 발생하기도 하며, 분해 효율이 떨어지기도 한다.
본 발명은 보다 효율적이고 경제적으로 육불화황을 처리할 수 있는 전자빔을 이용한 육불화황 처리 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 육불화황 처리 시스템은, 육불화황(SF6)과 수소(H2)가 유입되도록 형성되는 챔버와, 상기 챔버에 전자빔을 조사하여 상기 육불화황과 상기 수소를 황(S)과 불화수소(HF)로 분해하도록 형성되는 전자빔 조사장치, 및 상기 챔버로부터 유출되는 상기 황과 상기 불화수소를 회수하도록 구성되는 회수부를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 육불화황은 중전기기(重電機器)에서 발생하는 난분해성 온실가스가 될 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 육불화황 처리 시스템은, 상기 육불화황과 상기 수소를 혼합하여 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 가스혼합기를 더 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 황과 상기 불화수소 이외의 부산물이 생성되지 않도록, 상기 육불화황과 상기 수소 이외에 다른 화합물은 상기 챔버로 유입되지 않도록 구성된다.
상기 육불화황 처리 시스템은, 상기 챔버로의 유입 경로 상에 마련되어 상기 다른 화합물의 유입을 방지하도록 형성되는 필터장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 수소는, 상기 육불화황이 상기 황과 상기 불화수소로 완전히 분해될 수 있도록, 상기 육불화황의 몰수의 최소 3배 이상의 몰수를 갖도록 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 챔버의 외주면에는 상기 전자빔이 통과 가능한 윈도우가 형성되며, 상기 전자빔 조사장치는 상기 윈도우를 덮도록 설치된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 회수부는, 상기 챔버로부터의 유출 경로 상에 마련되어 상기 황을 포집하도록 형성되는 황회수장치, 및 상기 황회수장치와 연결되고 상기 불화가스를 농축시켜 회수하도록 형성되는 불화가스회수장치를 포함한다.
상기 회수부는, 상기 불화가스회수장치에 연결되어 전자빔에 의하여 반응하지 못하고 남은 수소를 회수하도록 형성되는 수소회수장치를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 수소회수장치는 상기 남은 수소를 상기 챔버로 유입시키도록 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 육불화황이 유입되는 챔버 내에 수소가 함께 주입되어 전자빔 조사에 의해 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해되도록 이루어지는바, 육불화황이 보다 효율적이고 경제적으로 처리될 수 있다.
또한, 수소는 육불화황이 황과 불화수소로 완전히 분해될 수 있도록 일정량 이상 주입되어 분해 효율을 향상시키도록 구성될 수 있으며, 반응하지 못하고 남은 수소는 수소회수장치를 통하여 챔버로 유입시켜 재사용될 수 있도록 구성함으로써 처리 효율이 향상될 수 있다.
이러한 온실가스인 육불화황의 안정적인 처리 및 회수기술은 환경적인 측면에서, 각종 규제에 대한 대처 기술로 이용될 수 있다. 또한, 분해 효율의 향상에 따른 에너지 저감 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 경제/산업적 측면에서, 반도체 및 전자산업 공정뿐만 아니라 중전기기에서 발생하는 고농도의 육불화황을 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해하는 기술을 통하여, 경제적 이익 창출을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 육불화황 처리 시스템의 일 예를 보인 개념도.
도 2는 본 발명과 관련된 육불화황 처리 시스템의 다른 일 예를 보인 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 육불화황 처리 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명과 관련된 육불화황 처리 시스템(100)의 일 예를 보인 개념도이다.
도 1을 참조하면, 육불화황 처리 시스템(100)은 챔버(110), 전자빔 조사장치(120) 및 회수부(130)를 포함한다.
본 발명에서 처리하고자 하는 육불화황(SF6)은 대표적인 난분해성 온실가스로서, 반도체 공정(예를 들어, 에칭 공정, 화학 증착 공정 등)을 포함한 다양한 산업활동을 통해 발생된다. 특히, 변압기 등의 중전기기(重電機器)에서는 고농도의 육불화황이 전체 발생가스 대비 약 99% 이상 발생하기도 한다.
챔버(110)는 내부에 육불화황과 수소(H2)가 흐를 수 있는 공간을 마련한다. 챔버(110)는 일방향으로 연장되는 긴 파이프 형태로 형성되어, 육불화황과 수소가 챔버(110)로 유입되어 흘러가는 과정에서 전자빔을 조사받도록 이루어질 수 있다.
챔버(110)의 전단, 즉 챔버(110)로의 유입 경로 상에는 가스혼합기(140)가 구비되어, 육불화황과 수소를 일정한 농도로 혼합하여 챔버(110)로 유입시키도록 구성될 수 있다.
전자빔 조사장치(120)는 챔버(110) 내부에 전자빔을 조사하여, 육불화황과 수소를 황(S)과 불화수소(HF)로 분해하도록 형성된다. 이때, 필요에 따라 육불화황과 수소는 챔버(110) 내에 설치되는 촉매층(미도시)에 의한 분해 과정을 거치도록 구성될 수도 있다. 상기 분해 과정은, SF6 + 3H2 → S + 6HF로 표현될 수 있다.
위의 반응식에서 확인할 수 있듯이, 수소는, 육불화황이 황과 불화수소로 완전히 분해될 수 있도록, 육불화황의 몰수의 최소 3배 이상의 몰수를 갖도록 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수소의 몰수가 육불화황의 몰수의 3배가 되지 않는다면, 육불화황의 일부는 분해되지 못하고 그대로 유출되게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 육불화황의 몰수의 최소 3배 이상의 몰수를 갖는 수소가 챔버(110)에 유입되어야 한다.
챔버(110)의 외주면에는 전자빔이 통과 가능한 윈도우(111)가 형성된다. 윈도우(111)는, 예를 들어, 챔버(110)의 상단 개구부에 설치되는 티타늄 호일(titanium foil)이 될 수 있다. 전자빔 조사장치(120)는 윈도우(111)를 덮도록 설치되어 챔버(110) 내부에 전자빔을 조사하도록 이루어진다.
회수부(130)는 챔버(110)로부터 유출되는 황과 불화수소를 회수하도록 구성된다. 본 도면에서는, 회수부(130)가 황회수장치(131) 및 불화가스회수장치(132)로 구성된 것을 보이고 있다. 황회수장치(131)는 챔버(110)로부터의 유출 경로 상에 마련되어, 황을 포집하도록 형성된다. 또한, 불화가스회수장치(132)는 황회수장치(131)의 후단에 연결되어, 불화가스를 농축시켜 회수하도록 형성된다.
전자빔에 의한 분해 과정을 거쳐 챔버(110)로부터 유출되는 황과 불화수소는 각각 입자 상태 및 가스 상태로 발생된다. 따라서, 입자 상태인 황을 먼저 회수하고 이후 가스 상태인 불화가스를 고농도로 농축한 후 회수할 수 있도록, 황회수장치(131)는 불화수소회수장치(132)보다 앞서 설치되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명과 관련된 육불화황 처리 시스템(200)의 다른 일 예를 보인 개념도이다.
도 2를 참조하면, 상기 육불화황의 처리 과정에서 황과 불화수소 이외의 부산물이 생성되지 않도록, 육불화황과 수소 이외에 다른 화합물은 챔버(210)로 유입되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반도체 공정을 통하여 발생된 육불화황에는 반도체 공정에 이용되는 질소(N2) 가스가 포함될 수 있다. 질소 가스는 육불화황의 처리 과정에서 반응을 일으킬 수 있으므로 미리 제거되어야 한다.
이를 위하여, 챔버(210)로의 유입 경로 상에는 필터장치(250)가 마련되어, 육불화황과 수소 이외에 다른 화합물의 챔버(210)로의 유입을 방지하도록 형성될 수 있다. 본 도면에서는 필터장치(250)가 가스혼합기(240)와 챔버(210) 사이에 배치된 것을 예시하고 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필터장치(250)는 가스혼합기(240)의 전단에 설치될 수도 있다.
아울러, 수소가 충분히 유입되는 경우(수소의 몰수가 육불화황의 몰수의 3배를 초과하여 유입되는 경우), 전자빔에 의하여 반응하지 못하고 남은 수소는 황 및 불화수소와 함께 챔버(210)로부터 유출된다. 상기 남은 수소를 회수하기 위하여, 불화가스회수장치(232)에는 수소회수장치(233)가 연결될 수 있다.
상기 수소회수장치(233)를 통하여 회수된 상기 남은 수소는 다시 챔버(210)로 유입되도록 구성될 수 있다. 본 도면에서는, 상기 남은 수소가 필터장치(250)와 챔버(210) 사이의 경로로 유입되는 것을 예시하고 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 남은 수소는 가스혼합기(240)의 전단 또는 후단으로 유입되도록 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 육불화황이 유입되는 챔버(110, 210) 내에 수소가 함께 주입되어 전자빔 조사에 의해 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해되도록 이루어지는바, 육불화황이 보다 효율적이고 경제적으로 처리될 수 있다.
또한, 수소는 육불화황이 황과 불화수소로 완전히 분해될 수 있도록 일정량 이상 주입되어 분해 효율을 향상시키도록 구성될 수 있으며, 반응하지 못하고 남은 수소는 수소회수장치(233)를 통하여 챔버(210)로 유입시켜 재사용될 수 있도록 구성함으로써 처리 효율이 향상될 수 있다.
이러한 온실가스인 육불화황의 안정적인 처리 및 회수기술은 환경적인 측면에서, 각종 규제에 대한 대처 기술로 이용될 수 있다. 또한, 분해 효율의 향상에 따른 에너지 저감 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 경제/산업적 측면에서, 반도체 및 전자산업 공정뿐만 아니라 중전기기에서 발생하는 고농도의 육불화황을 부가가치가 있는 황과 불화수소로 분해하는 기술을 통하여, 경제적 이익 창출을 기대할 수 있다.
이상에서 설명한 육불화황 처리 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 방법과 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양하게 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 육불화황(SF6)과 수소(H2)가 유입되도록 형성되는 챔버;
    상기 챔버에 전자빔을 조사하여, 상기 육불화황과 상기 수소를 황(S)과 불화수소(HF)로 분해하도록 형성되는 전자빔 조사장치; 및
    상기 챔버로부터 유출되는 상기 황과 상기 불화수소를 회수하도록 구성되는 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 육불화황은 중전기기(重電機器)에서 발생하는 난분해성 온실가스인 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 육불화황과 상기 수소를 혼합하여 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 가스혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 황과 상기 불화수소 이외의 부산물이 생성되지 않도록, 상기 육불화황과 상기 수소 이외에 다른 화합물은 상기 챔버로 유입되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 챔버로의 유입 경로 상에 마련되어, 상기 다른 화합물의 유입을 방지하도록 형성되는 필터장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수소는, 상기 육불화황이 상기 황과 상기 불화수소로 완전히 분해될 수 있도록, 상기 육불화황의 몰수의 최소 3배 이상의 몰수를 갖도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 외주면에는 상기 전자빔이 통과 가능한 윈도우가 형성되며,
    상기 전자빔 조사장치는 상기 윈도우를 덮도록 설치되는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회수부는,
    상기 챔버로부터의 유출 경로 상에 마련되어, 상기 황을 포집하도록 형성되는 황회수장치; 및
    상기 황회수장치와 연결되고, 상기 불화가스를 농축시켜 회수하도록 형성되는 불화가스회수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회수부는,
    상기 불화가스회수장치에 연결되어, 전자빔에 의하여 반응하지 못하고 남은 수소를 회수하도록 형성되는 수소회수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수소회수장치는 상기 남은 수소를 상기 챔버로 유입시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 처리 시스템.
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